§ 7.4. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ

• Назад до змісту

ДІЯЛЬНІСТЬ

НАВЧАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Що спільного та відмінного між фото- та хемосинтезом? Порівняльна таблиця. ФОТОСИНТЕЗ та ХЕМОСИНТЕЗ

Р Формулює визначення поняття «ФОТОСИНТЕЗ», «ХЕМОСИНТЕЗ»:

• Фотосинтез — це процес утворення в клітинах фотоавтотрофних організмів органічних сполук із неорганічних з використанням світлової енергії та участю фотосинтезуючих пігментів.
• Хемосинтез — процес утворення органічних речовин із неорганічних завдяки енергії, яка вивільняється під час перетворення неорганічних речовин.

В Визначає сутність змістових елементів таблиці:

• Місцепроходження в клітині: фотосинтез відбувається у хлоропластах рослин або на впинаннях мембрани ціанобактерій; хемосинтез — на внутрішніх впинаннях мембрани бактерій.
• Тип живлення: обидва процеси належать до автотрофного живлення (фотоавтотрофний та хемоавтотрофний відповідно).
• Джерело енергії: у фотосинтезі — це промениста енергія сонячного світла; у хемосинтезі — хімічна енергія окиснення неорганічних речовин.
• Вихідні речовини: для фотосинтезу потрібні вуглекислий газ, вода і мінеральні солі; для хемосинтезу — вуглекислий газ, вода, кисень і неорганічні субстрати (амоніак, сполуки Феруму, сірководень).
• Кінцеві речовини: у фотосинтезі утворюються глюкоза і виділяється кисень; у хемосинтезі — глюкоза та окиснені неорганічні сполуки (нітрати, сульфати, сполуки Феруму).
• Наявність хлорофілу: для фотосинтезу наявність хлорофілу або інших пігментів є обов’язковою; для хемосинтезу пігменти не потрібні.
• Джерело Гідрогену: в обох типах синтезу основним джерелом Гідрогену для відновлення НАДФ є вода.
• Джерело Карбону: в обох процесах джерелом Карбону для побудови органічних молекул виступає вуглекислий газ ($\text{CO}_2$).

К Конструює таблицю:

С Аналізує особливості фото- та хемосинтезу та формулює висновок про подібність та відмінність процесів:

• Спільним є те, що обидва процеси є пластичним обміном (анаболізмом), слугують для автотрофного створення глюкози з простих речовин і використовують вуглекислий газ як джерело Карбону, а воду — як джерело Гідрогену.
• Відмінність полягає в джерелі енергії: фотосинтез використовує сонячне світло і пігменти, а хемосинтез живиться енергією хімічних реакцій окиснення мінеральних речовин без участі світла.

РОЗВИВАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Як відбувається фотосинтез у зелених рослин? Практична вправа. Адаптації зелених рослин до кисневого фотосинтезу (на конкретному прикладі рослин)

Р Розпізнає пізнавальну ситуацію:
Аналізується трав’яниста рослина-космополіт грицики звичайні (Capsella bursa-pastoris), яка успішно здійснює фотосинтез у різних умовах завдяки комплексу пристосувань на всіх рівнях життя.

В Формулює очікувані результати:

• 1. Хімічний рівень: синтез пігменту хлорофілу, який містить атом Магнію ($\text{Mg}$) і поглинає червоні та сині промені сонця.
• 2. Клітинний рівень: формування хлоропластів із гранами з тилакоїдів для компактного розташування ферментів і фотосистем.
• 3. Тканинний рівень: розвиток стовпчастої та губчастої асиміляційної паренхіми з міжклітинниками для газообміну.
• 4. Органний рівень: плоска форма листків для кращого вловлювання світла та регульовані продихи для надходження $\text{CO}_2$ і випаровування води.
• 5. Організмовий рівень: утворення прикореневої розетки листків і кореня, який безперервно подає воду до клітин для здійснення фотолізу.

К Конструює інфомалюнок «Адаптації рослин до фотосинтезу»:

С Аналізує результати: ІНФОРМУВАННЯ про кисневий фотосинтез зелених рослин:
Кисневий фотосинтез рослин відбувається за сумарним рівнянням:
$6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \uparrow$
У світловій фазі на мембранах тилакоїдів світло розщеплює воду (фотоліз), виділяється кисень ($\text{O}_2$), накопичується АТФ і відновлюється НАДФ. У темновій фазі у стромі хлоропластів у циклі Кальвіна за участі ферменту Rubisco вуглекислий газ перетворюється на глюкозу, що живить саму рослину та всю біосферу.

ЦІННІСНЕ ЗАВДАННЯ

Як виникають гранули сірки в клітинах сіркобактерій? Вправа для реагування. Сергій Виноградський та сіркобактерії Beggiatoa

Р Визначає термін «хемоавтотрофи»:
Хемоавтотрофи — це організми (переважно бактерії), які утворюють власні органічні речовини з неорганічних за рахунок хімічної енергії окиснення сполук без участі сонячного світла.

В Пояснює виникнення гранул у клітинах сіркобактерій:

• Сіркобактерії роду Beggiatoa мешкають у середовищі з розчиненим сірководнем ($\text{H}_2\text{S}$).
• Спочатку вони окиснюють токсичний сірководень киснем:
  $2\text{H}_2\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{S} + \text{Енергія}$
• Утворена елементна сірка не розчиняється у воді й відкладається всередині клітини у вигляді гранул як запасне джерело живлення.
• Коли сірководню в середовищі бракує, бактерії окиснюють накопичені гранули сірки до сульфатів, отримуючи нову енергію для синтезу органіки:
  $2\text{S} + 3\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{Енергія}$

К Конструює інфографіку:

С Виявляє ставлення на рівні переконаності та обґрунтовує можливість отримання ЕНЕРГІЇ за рахунок окиснення неорганічних сполук:
Відкриття українського вченого Сергія Виноградського довело, що життя може процвітати навіть у повній темряві за рахунок простих хімічних реакцій окиснення мінералів. Це підтверджує єдність хімічних законів живої та неживої природи, забезпечуючи існування унікальних екосистем на дні океанів та кругообіг елементів на планеті.

САМОРОЗВИТОК

САМОНАВЧАННЯ

Пізнавальне завдання. Ребус «ХЕМОСИНТЕЗ»

• Перший малюнок: гроно винограду — слово «ВИНОГРАД».
• Другий малюнок: собака/кінь із комами перед назвою, що дає сполучення звуків, та літери «СЬКИЙ».
• У результаті утворюється прізвище видатного науковця, який відкрив хемосинтез — ВИНОГРАДСЬКИЙ (Сергій Миколайович Виноградський).

САМООЦІНЮВАННЯ

Продуктивно-конструктивне завдання. Тест-конструювання. ФОТОСИНТЕЗ

1. Фотосинтез – це процес утворення вуглеводів із …

• С води й кисню
• Т водню й кисню
• У кисню й $\text{CO}_2$
• Ф $\text{CO}_2$ й води ✅
  Обґрунтування: вуглеводи синтезуються саме з вуглекислого газу та води.

2. Яка сполука є джерелом кисню у світловій фазі фотосинтезу?

• Ж глюкоза
• З НАДФ
• И вуглекислий газ
• І вода ✅
  Обґрунтування: вільний кисень виділяється під час фотолізу молекул води.

3. Де відбувається фотосинтез в зелених рослин?

• Ї в мітохондріях
• Й на пластидах
• К всередині хлоропластів ✅
• Л в цитоплазмі
  Обґрунтування: фотосинтез у клітинах рослин локалізований у хлоропластах.

4. Які вуглеводи є безпосереднім результатом фотосинтезу?

• Н крохмаль
• О глюкоза ✅
• П целюлоза
• Р сахароза
  Обґрунтування: первинним продуктом темнової фази є моносахарид глюкоза.

5. Вибираю варіант із спрощеним рівнянням фотосинтезу:

• Б $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$ ✅
• В $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$
• Г $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\,\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{АТФ}$
• Д $2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{H}^+ + \text{O}_2 + 2\text{e}^-$
  Обґрунтування: це підсумкове стехіометричне рівняння утворення глюкози і кисню на світлі.

6. Яка сполука є джерелом гідрогену під час фотосинтезу?

• Ж глюкоза
• З НАДФ
• И вуглекислий газ
• І вода ✅
  Обґрунтування: протони Гідрогену для відновлення НАДФ постачає молекула води.

7. Органом фотосинтезу зелених рослин є…

• Й квітка
• К корінь
• Л листок ✅
• М стебло
  Обґрунтування: листок є головним спеціалізованим вегетативним органом фотосинтезу.

8. Яке значення озонового шару для біосфери?

• И необхідний для дихання
• І захищає від жорсткого ультрафіолету ✅
• Ї є умовою здійснення фотосинтезу
• Й бере участь у темновій фазі
  Обґрунтування: озоновий шар затримує шкідливе ультрафіолетове випромінювання Сонця.

9. Утворення АТФ під час фотосинтезу відбувається як процес…

• Н світлової фази ✅
• О темнової фази
  Обґрунтування: синтез молекул АТФ (фотофосфорилювання) здійснюється у світлову стадію.

10. Називаю рослинну тканину, особливості якої пов’язані з фотосинтезом:

• Ж ксилема
• З флоема
• И асиміляційна паренхіма ✅
• І корок
  Обґрунтування: асиміляційна паренхіма (хлоренхіма) містить хлоропласти та здійснює синтез речовин.

Зашифрована назва пігментів: ФІКОБІЛІНИ (допоміжні фотосинтезуючі пігменти червоних водоростей і ціанобактерій).